实时浮动阈值提取方法
阅读：243发布：2020-05-15
专利汇可以提供实时浮动阈值提取方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 应用于视频 图像处理 ，尤其是针对复杂背景条件下的二值化分割 阈值 电平的实时浮动阈值提取方法。它采用行背景 采样 的方法来选择切割阈值，具体为：在行方向上，提取波 门 后沿处的电平作为本行的背景电平，用所述背景电平作为切割门限切割该行的视频 信号 。本发明其分割效果好，能满足图像处理实时性的要求。，下面是实时浮动阈值提取方法专利的具体信息内容。
技术领域
本发明应用于视频图像处理，尤其是针对复杂背景条件下的二值化分 割阈值电平的实时浮动阈值提取方法。
背景技术
在视频图像处理中，经常需要从背景中提取需要跟踪的目标，可靠、 准确地提取背景电平是可靠检出目标的前提。提取背景的方法很多，比如 固定门限法、直方图统计法、场背景采样法等。
固定门限法比较简单，根据经验或某种规则，选择一个固定的分割阈 值T，用该阈值对整幅图像进行切割。该方法可以应用于目标和背景对比度 强且对比度比较固定的场合。一般应用于室内静物的提取。在复杂背景下， 一般无法采用该方法。
场背景采样法：对于简单背景条件下的小目标的跟踪，目标一般都在波 门的中心，因此，波门四边都应该是背景，令背景平均灰度为fB，则有：
fB＝(fGT+fGB+fGR+fGL)/4；
其中：fGT、fGB、fGL、fGR分别代表波门上、下、左、右四边的背景电 平。通过背景采样可以很容易获取这四个值。如果背景照度比较均匀，也 可以用一条边的电平代替平均电平。采用该背景电平作为切割阈值时，当 背景照度变化时，切割阈值会随之变化，因此该切割阈值是一个随背景变 化的浮动阈值。在场背景采样法中，整幅图像的切割阈值只有一个，该方 法对于背景比较均匀的场合或者目标和背景对比度比较高的情况下，切割 效果很好。但在实际应用中，尤其是对在场各方向上照度不均匀的时候， 采用一个阈值进行切割，导致有些比平均背景高的背景被当作目标切割出 来，从而对跟踪造成干扰。
直方图统计法：是基于图像灰度直方图分析的切割阈值提取方法，是 较直观、应用比较普遍的图像分割方法。该方法是基于以下假设进行的： 图像中像素的灰度在较少几个灰度值附近出现的概率较大。一般认为灰度 直方图的每个峰值代表一个目标区域，而谷值则是从一个目标区域到另一 个目标区域的过渡点。直方图阈值分割就是尽量对这些峰所代表的目标区 域进行分割。如果图像由不同的灰度区域组成，特别是区域较为明显时， 其灰度直方图一般会表现出数个峰值，并具有一系列深谷。此时，最佳灰 度阈值的选取较为容易(只要检测出深谷的灰度值即可)，并能获得很好的 图像分割效果。但实际图像由于噪声干扰等因素的影响，直方图通常会出 现单峰或具有宽且平的峰谷的情况。这时，最佳阈值往往可能出现在图像 直方图的“肩部”，因此很难直接根据直方图的峰谷来选择阈值。
针对以上方法的缺陷，为适应复杂背景条件下切割阈值的可靠提取， 本发明提出了一种实时浮动阈值提取方法。
固定门限法比较简单，根据经验或某种规则，选择一个固定的分割阈 值T，用该阈值对整幅图像进行切割。该方法可以应用于目标和背景对比度 强且对比度比较固定的场合。一般应用于室内静物的提取。在复杂背景下， 一般无法采用该方法。
场背景采样法：对于简单背景条件下的小目标的跟踪，目标一般都在波 门的中心，因此，波门四边都应该是背景，令背景平均灰度为fB，则有：
fB＝(fGT+fGB+fGR+fGL)/4；
其中：fGT、fGB、fGL、fGR分别代表波门上、下、左、右四边的背景电 平。通过背景采样可以很容易获取这四个值。如果背景照度比较均匀，也 可以用一条边的电平代替平均电平。采用该背景电平作为切割阈值时，当 背景照度变化时，切割阈值会随之变化，因此该切割阈值是一个随背景变 化的浮动阈值。在场背景采样法中，整幅图像的切割阈值只有一个，该方 法对于背景比较均匀的场合或者目标和背景对比度比较高的情况下，切割 效果很好。但在实际应用中，尤其是对在场各方向上照度不均匀的时候， 采用一个阈值进行切割，导致有些比平均背景高的背景被当作目标切割出 来，从而对跟踪造成干扰。
直方图统计法：是基于图像灰度直方图分析的切割阈值提取方法，是 较直观、应用比较普遍的图像分割方法。该方法是基于以下假设进行的： 图像中像素的灰度在较少几个灰度值附近出现的概率较大。一般认为灰度 直方图的每个峰值代表一个目标区域，而谷值则是从一个目标区域到另一 个目标区域的过渡点。直方图阈值分割就是尽量对这些峰所代表的目标区 域进行分割。如果图像由不同的灰度区域组成，特别是区域较为明显时， 其灰度直方图一般会表现出数个峰值，并具有一系列深谷。此时，最佳灰 度阈值的选取较为容易(只要检测出深谷的灰度值即可)，并能获得很好的 图像分割效果。但实际图像由于噪声干扰等因素的影响，直方图通常会出 现单峰或具有宽且平的峰谷的情况。这时，最佳阈值往往可能出现在图像 直方图的“肩部”，因此很难直接根据直方图的峰谷来选择阈值。
针对以上方法的缺陷，为适应复杂背景条件下切割阈值的可靠提取， 本发明提出了一种实时浮动阈值提取方法。
发明内容
本发明的目的是一种可更精细地切割在复杂背景条件下的二值化分割 阈值电平图像的实时浮动阈值提取方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用行背景采样的方法 来选择切割阈值，具体为：在行方向上，提取波门后沿处的电平作为本行 的背景电平，用所述背景电平作为切割阈值切割该行的视频信号。
本发明的有益效果如下：
1.图像分割效果好。本发明采用了行背景采样法，每行都有一个随着 该行背景照度变化的切割阈值，整幅图像不是采用一个点进行分割，而是 一条曲线进行切割，使切割更精细，在比较复杂的背景条件下，这种方式 切割取得了很好的二值化效果。
2.可采用结构简单的电路实现，适用性强。本发明方法均可采用硬件 电路实现(本发明例举一实施例，但并一以此来限定本发明)，能满足图像 处理实时性的要求。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
图2是本发明的一个实施例电路原理图。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用行背景采样的方法 来选择切割阈值，具体为：在行方向上，提取波门后沿处的电平作为本行 的背景电平，用所述背景电平作为切割阈值切割该行的视频信号。
本发明的有益效果如下：
1.图像分割效果好。本发明采用了行背景采样法，每行都有一个随着 该行背景照度变化的切割阈值，整幅图像不是采用一个点进行分割，而是 一条曲线进行切割，使切割更精细，在比较复杂的背景条件下，这种方式 切割取得了很好的二值化效果。
2.可采用结构简单的电路实现，适用性强。本发明方法均可采用硬件 电路实现(本发明例举一实施例，但并一以此来限定本发明)，能满足图像 处理实时性的要求。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
图2是本发明的一个实施例电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明采用行背景采样的方法来选择切割阈值，具体为：在行方向上， 提取波门后沿处的电平作为本行的背景电平，用所述背景电平作为切割阈 值切割该行的视频信号。其电控装置如图1、2所示，由增益控制电路、采 样脉冲形成电路、行背景采样电路，及视频放大、射随驱动、背景相减、 可控增益的视频放大、驱动部分组成，本实施例分别采用增益控制电路N8、 采样脉冲形成电路N1、行背景采样电路N3，及视频放大器N2、射随驱动 器N4、背景相减器N5、可控增益的视频放大器N6及驱动器N7；其中： 原视频信号经视频放大器N2放大后，分两路输出：一路到行背景采样电路 N3，行背景采样电路N3控制端是采样脉冲形成电路N1，因此，可以保证 每一行所采样的背景电平基本反映了目标附近的背景电平，该电平作为阈 值，行背景采样电路N3经射随驱动器N4驱动后输入到背景相减器N5的 输入端；另一路，视频放大器N2将经过放大的视频信号直接送至背景相减 器N5；所述视频信号和背景电平信号经过背景相减器N5相减后输出为去 掉背景电平后的目标信号，即只有目标信息的信号，作为可控增益的视频 放大器N6的输入信号，可控增益的视频放大器N6的增益是可控制的，由 增益控制电路N8完成，通过增益控制端的电平组合，可以完成8档增益的 控制。最后，可控增益的视频放大器N6输出信号经过驱动器N7输出。其 中：采样脉冲形成电路N1在行窗口信号的后沿形成一采样负脉冲，控制行 方向采样点的位置。
其结果：这样，每行都有一个随着该行背景照度变化的切割阈值，整 幅图像不是采用一个点进行分割，而是一条曲线进行切割，由于本发明的 这种切割更精细，所以，在比较复杂的背景条件下，本发明所述切割取得 了很好的二值化效果。本实施例的具体二值化效果是：给定的一幅具有复 杂背景的图像，分别用固定门限法、场背景采样法、直方图统计法和本发 明所述的方法对指定亮目标进行提取，上述个方法的提取灵敏度分别是120 毫伏、65毫伏、44毫伏和30毫伏，相比之下，在复杂背景条件下，本发 明所述方法可以有效地提高提取目标的灵敏度。
本实施例所述采样脉冲形成电路N1采用74HC221芯片，视频放大器 N2采用AD811芯片，行背景采样电路N3采用AD582芯片，射随驱动器 N4采用BUF04芯片，背景相减器N5采用AD812芯片，可控增益的视频 放大器N6采用AD812芯片，驱动器N7采用BUF04芯片，增益控制电路 N8采用ADG441芯片。
本发明所述可控增益的视频放大器N6输入端亦可不接增益控制电路 N8。
本发明采用行背景采样的方法来选择切割阈值，具体为：在行方向上， 提取波门后沿处的电平作为本行的背景电平，用所述背景电平作为切割阈 值切割该行的视频信号。其电控装置如图1、2所示，由增益控制电路、采 样脉冲形成电路、行背景采样电路，及视频放大、射随驱动、背景相减、 可控增益的视频放大、驱动部分组成，本实施例分别采用增益控制电路N8、 采样脉冲形成电路N1、行背景采样电路N3，及视频放大器N2、射随驱动 器N4、背景相减器N5、可控增益的视频放大器N6及驱动器N7；其中： 原视频信号经视频放大器N2放大后，分两路输出：一路到行背景采样电路 N3，行背景采样电路N3控制端是采样脉冲形成电路N1，因此，可以保证 每一行所采样的背景电平基本反映了目标附近的背景电平，该电平作为阈 值，行背景采样电路N3经射随驱动器N4驱动后输入到背景相减器N5的 输入端；另一路，视频放大器N2将经过放大的视频信号直接送至背景相减 器N5；所述视频信号和背景电平信号经过背景相减器N5相减后输出为去 掉背景电平后的目标信号，即只有目标信息的信号，作为可控增益的视频 放大器N6的输入信号，可控增益的视频放大器N6的增益是可控制的，由 增益控制电路N8完成，通过增益控制端的电平组合，可以完成8档增益的 控制。最后，可控增益的视频放大器N6输出信号经过驱动器N7输出。其 中：采样脉冲形成电路N1在行窗口信号的后沿形成一采样负脉冲，控制行 方向采样点的位置。
其结果：这样，每行都有一个随着该行背景照度变化的切割阈值，整 幅图像不是采用一个点进行分割，而是一条曲线进行切割，由于本发明的 这种切割更精细，所以，在比较复杂的背景条件下，本发明所述切割取得 了很好的二值化效果。本实施例的具体二值化效果是：给定的一幅具有复 杂背景的图像，分别用固定门限法、场背景采样法、直方图统计法和本发 明所述的方法对指定亮目标进行提取，上述个方法的提取灵敏度分别是120 毫伏、65毫伏、44毫伏和30毫伏，相比之下，在复杂背景条件下，本发 明所述方法可以有效地提高提取目标的灵敏度。
本实施例所述采样脉冲形成电路N1采用74HC221芯片，视频放大器 N2采用AD811芯片，行背景采样电路N3采用AD582芯片，射随驱动器 N4采用BUF04芯片，背景相减器N5采用AD812芯片，可控增益的视频 放大器N6采用AD812芯片，驱动器N7采用BUF04芯片，增益控制电路 N8采用ADG441芯片。
本发明所述可控增益的视频放大器N6输入端亦可不接增益控制电路 N8。
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